Kurzer geschichticher Abriss der Atommodelle
(Kursstufe > Atomphysik und die Schrödingergleichung)
Die Vorstellung, dass die Welt aus Bausteinen besteht entwickelte sich von einem philosophischen Gedankenexperiment der alten Griechen zu einem wissenschaftlich untermauerten Atommodell. Es wurden verschiedene Beobachtungen gemacht und dazu ein Modell entwickelt, neue Beobachtungen gemacht, das Modell weiterentwickelt oder ganz neu konzipiert.
Inhaltsverzeichnis
Die "alten Griechen"
Leukip und Demokrit (ca. 400v.Chr.): Da die Welt nicht starr ist muss sie aus leerem Raum und Materie bestehen, denn die Materie benötigt den leeren Raum um sich bewegen zu können. Der Begriff des Atoms entwickelte sich aus folgendem Gedankenexperiment: Wenn man einen Gegenstand unendlich oft teilt, werden die einzelnen Bruchstücke unendlich klein, also null (tja, den Limes kannte man damals noch nicht) und null mal unendlich ist null, was wiederum heißt der Gegenstand dürfte nicht existieren. Aber da der Gegenstand ja doch existiert, kann er nicht unendlich oft teilbar sein, sondern muss aus unteilbaren Teilchen bestehen (atomos = unteilbar). Das erste Atommodell wart geboren. Danach folgte die lange, dunkle erkenntnislose Zeit des Mittelalters.
Dalton
Dalton bezog sich in seinem Modell (1803) auf Demokrit. Atome sind unteilbare mit Masse ausgefüllte Teilchen die nach außen hin elektrisch neutral sind. Elemente bestehen aus Atomen der selben Art, wobei sich Atome verschiedener Elemente durch Gestalt und Gewicht unterscheiden. Auch stellte er sich vor, dass Atome Haftstellen besitzen, was einen ersten Schritt in Richtung Molekülbegriff darstellte. "Zusammengesetzte Atome" (= Moleküle) bestehen aus Atomen verschiedener Art.
Das Rosinenkuchenmodell von Thomson
Joseph John Thomson veröffentlichte 1903 das sogenannte Rosinenkuchenmodell. Nach Thomson besteht ein Atom aus einer neutralen Substanz, in die positive Ladungen und negative Ladungen eingebettet sind, wobei die positive Ladung an die Masse gebunden ist. Die Elektronen sind dabei unregelmäßig verteilt wie eben Rosinen in einem Rosinenkuchen. Die Anzahl von positiven Ladungsportionen und Elektronen eines Atoms sind gleich, daher ist es nach außen hin ungeladen.
Rutherford
Mit dem Goldfolienversuch zeigte Ernest Rutherford 1911, dass praktisch die gesamte Masse des Atoms auf einen kleinen Teil, den Atomkern beschränkt ist.Ein Atom besteht aus einem positiv geladenem Massenzentrum (Atomkern) und der negativ geladener Hülle (Atomhülle).
Bohr
Niels Bohr entwickelte 1913 das wohl bekannteste Atommodell. Die Elektronen kreisen auf bestimmten Bahnen um den Kern (diskrete Energieniveaus -> erlaubte Bahnen). Beim Kreisen um den Kern dürfen die Elektronen keine Energie abgeben. Elektronen springen unter Abstrahlung von Energie von einer äußeren zu einer inneren Bahn. Dieses Modell basiert auf Postulaten.
Quantenmechanik
Aus den Erkenntnissen der Schrödingergleichung entwickelte sich das Kugelwolkenmodell bzw. Orbitalmodell. Die Elektronenwolken beschreiben die Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons. Die Elektronenkonfiguration kann durch vier Quantenzahlen ausgedrückt werden (Pauliprinzip).
- n Hauptquantenzahl
- Energieniveau (1 für erste "Schale"...)
- l Nebenquantenzahl
- Orbital (0 für s-Orbitalform, 1 für p, 2 d, 3 f)
- m Magnetquantenzahl
- Orientierung im Raum
- s Spinquantenzahl
- "Drehrichtung des Elektrons"
Elektronen müssen sich mindestens in einer der Quantenzahlen unterschiedlich sein. n-1>=l --> Beim ersten Energieniveau ist nur die s Form möglich
Bild:Orbital2.jpg
Also können "auf der innersten Schale" 2 Elektronen "sitzen", da sie sich nicht in der Orientierung im Raum unterscheiden können, sondern nur im Spin.
für n=2 ist l=0 und l=1 möglich, also eine Überlagerung von s und p Orbital
Bild:Orbital1.jpg
3 verschiedene Orientierungen im Raum mit jeweils Spin-up und down, also gibt es beim p Orbital 6 verschiedene Zustandsmöglichkeiten. Somit können auf der zweiten "Schale" 8 (6 von p und 2 von s) Elektronen "sitzen" (Anzahl der maximalen Valenzelektronen). Das d-Orbital Hat 5 verschiedene Orientierungen im Raum.
